Development of a Natural Calcium Phosphate Biomaterial Using Horse Bones

Abstract

인산 칼슘은 뼈와 치아 등의 인체 경조직의 주요 성분이다. 이 때문에, 인산 칼슘은 의료분야 (예를 들면 치과용 충전제, 골 지지체, 그리고 골 시멘트 등)에 적용하기 위해 연구되어 왔다. 특히, 인산 칼슘의 한 종류인 수산화인회석 (HA, Ca10(PO4)6(OH)2)은 높은 생체 적합성, 생체 활성, 골 전도성, 골 유도성, 무독성, 그리고 낮은 면역성 등과 같은 유용한 특성을 가지고 있는 것으로 보고 되었다. 또한, 돼지뼈, 소뼈, 생선 비늘, 생선뼈 등의 생체 폐기물이 낮은 가격으로 대량의 HA 생산을 위한 원료로 사용될 수 있다는 것이 널리 알려져 있다. 그러나 말뼈는 그 생산의 증가와 낮은 가격, 그리고 구제역으로부터 자유로움에도 불구하고, 거의 천연 수산화인회석의 생산을 위한 생물자원으로 사용되지 않았으며 제조 방법 또한 구성되지 않았다. 이 연구는 말뼈를 사용한 새로운 천연 인산 칼슘 생체물질의 생산을 위한 최적화된 방법을 제안하기 위해 수행되었다. 초기 생산공정은 이전의 돼지뼈를 대상으로 한 공정 (48시간 동안 과산화수소수에서 전처리 후 16시간 동안 1200 ℃에서 소결)을 참고로 하였다. 말뼈에서 유래한 인산 칼슘 생체물질의 특성은 서로 다른 뼈의 조직 유형 (즉, 경골과 해면골), 뼈 유형 (즉, 척추와 사골), 전처리 방법 (냉수, 과산화수소수, 온수), 소결 시간, 소결 온도에 따라 조사하였다. 또한, 더 넓은 의료 분야로의 적용을 위해 제작된 최종산물은 분말형으로 제작되어야 했으며, 이를 위해 습식 분쇄 (볼 밀) 및 건식 분쇄 (칼날 분쇄기)에 기반하여 분쇄 방법을 비교하였다. 생체재료로써 가공된 말뼈 가루의 잠재력을 평가하기 위해, 생체외 세포 시험이 합성된 HA 및 상용화된 소뼈 재료 (Bio-Oss)와 함께 MC3T3-E1 세포를 사용하여 수행 되었다. 수득한 말뼈 분말의 특성은 열중량 분석법 (TGA, X- 선 회절 분석법 (XRD), 푸리에 변환 적외선 분광법 (FT -IR), X 선 형광 분석법 (XRF), 그리고 전계 방출 주사 전자 현미경 검사법 (FE-SEM)으로 조사되었다. 그 결과 골조직과 골의 유형에 따른 차이는 나타나지 않았다. 또한, 전처리 방법에 따른 영향도 없었지만 처리 시간을 고려하면, 온수 방법이 좋았다. 소결 시간은 12 시간으로 충분했으며, 600℃에 소결된 말뼈가 HA에 가장 가까운 XRD 피크를 보여주었지만, 1100℃ 에서 소결한 말뼈와 1300℃ 에서 소결한 말뼈가 각각 세포 독성과 증식에서 가장 좋은 결과를 보여주었다. 이 연구는 말뼈가 천연 인산 칼슘 생체소재로서 유망한 자원이 될 수 있으며 말 뼈 분말은 골 조직공학을 위한 생체소재로서 큰 잠재력을 가지고 있음을 보여주었다.